前言

接受左心室輔助裝置（LVAD）支持的慢性晚期心力衰竭（HF）患者亞組顯示出顯著改善的心臟功能和反向結(jié)構(gòu)重塑（即，稱為“應(yīng)答者”）。同時，最近發(fā)表了一項多中心前瞻性研究RESTAGE-HF（D期心力衰竭緩解），表明LVAD支持與標(biāo)準(zhǔn)HF藥物相結(jié)合可顯著改善心臟結(jié)構(gòu)和功能，從而出現(xiàn)LVAD撤機率高和出色的長期結(jié)局。盡管推動這種恢復(fù)的潛在分子機制在很大程度上是未知的，但這種有趣的現(xiàn)象提供了巨大的轉(zhuǎn)化和臨床應(yīng)用前景。

2022年11月，美國猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)院Stavros G. Drakos研究團隊在Circulation期刊（IF:39.918）發(fā)表了題為“Distinct Transcriptomic and Proteomic Profile Specifies Patients Who Have Heart Failure With Potential of Myocardial Recovery on Mechanical Unloading and Circulatory Support”的研究成果，作者對93名接受左心室輔助裝置（LVAD）植入的心衰（HF）患者（25名應(yīng)答者和68名無應(yīng)答者）和12名非衰竭供體心臟的左心室組織進行了RNA轉(zhuǎn)錄組測序和磷酸化蛋白分析。通過超聲心動圖對患者進行前瞻性監(jiān)測，以表征其心肌結(jié)構(gòu)和功能。

研究思路

研究結(jié)果

1.?使用RNA轉(zhuǎn)錄組測序比較衰竭心臟和非衰竭供者之間的基因表達差異

本研究對84名接受LVAD植入的HF患者和9名接收非衰竭供體心臟患者進行了RNA轉(zhuǎn)錄組測序分析，總共鑒定到24045個轉(zhuǎn)錄本，其中788個轉(zhuǎn)錄本發(fā)生上調(diào)，553個下調(diào)（圖1 B）。然后，使用KEGG數(shù)據(jù)庫對這1341個差異調(diào)控轉(zhuǎn)錄本進行了通路分析，顯著富集到包括補體級聯(lián)通路（已知可調(diào)節(jié)缺血再灌注損傷中的炎癥）和細(xì)胞外基質(zhì)-受體相互作用等通路（圖1 C）。

圖1 | HFD、A10-FMT 和 Con-FMT 之間的腸道微生物群變化

2. 運用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)研究衰竭心臟和正常供體的豐度差異

本研究對29名接受LVAD植入的HF患者和10名接收非衰竭供體心臟患者進行了磷酸化蛋白組學(xué)分析，總共檢測到2023個磷酸化肽段。通過計算分析，將這些磷酸肽中的443個映射到281個蛋白質(zhì)上，這些蛋白質(zhì)在HF患者中顯示出豐度的改變（圖1 D），通過對蛋白的富集分析確定了與肥厚型和擴張型心肌病有關(guān)的重要KEGG通路（圖1 F）。

3.?數(shù)據(jù)集的比較

作者將本次研究的轉(zhuǎn)錄組測序和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果與以往發(fā)表的數(shù)據(jù)集進行了比較。此前有6項研究對HF患者的心臟組織進行了全基因組RNA測序，其中2項比較了未衰竭和衰竭組織，另外4項研究則將分析重點放在缺血和非缺血組織上。總的來說，本次比較結(jié)果較顯示，作者的RNA測序數(shù)據(jù)中的差異表達轉(zhuǎn)錄本與Yang等人的數(shù)據(jù)有25%的重疊，但與Colak等人的微陣列數(shù)據(jù)只有7%的重疊（98個轉(zhuǎn)錄本）?；谫|(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)分析還沒有被廣泛地應(yīng)用于HF患者的心臟組織樣本，因此只有3項研究可供比較。其中兩項研究使用了的普通蛋白質(zhì)組學(xué)研究，如Stephens（主動脈瓣植入患者的蛋白質(zhì)組學(xué)與健康供體的比較）和Colak的研究（擴張型心肌病患者移植時收獲的心臟組織的蛋白質(zhì)組學(xué)）；一項研究使用了心臟移植時缺血和非缺血心臟組織的磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)。本次研究與Schechter等人和Colak等人的研究相比，只有4%的重疊（12個蛋白）。

4.?通過RNA測序比較應(yīng)答者與非應(yīng)答者

在評估了供體和HF樣本之間的轉(zhuǎn)錄本和磷酸肽的差異后，作者又將分析的重點轉(zhuǎn)移到區(qū)分LVAD卸載后能夠恢復(fù)功能的心臟組織（應(yīng)答者）和沒有改善的組織（非應(yīng)答者）之間的分子差異。本文對25個應(yīng)答者和59個非應(yīng)答者樣本的RNA轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)進行了分析，確定了這兩種組織類型之間有差異表達的29個轉(zhuǎn)錄本，其中包括在應(yīng)答者樣本中下調(diào)的5個和上調(diào)的24個轉(zhuǎn)錄本（圖2 A）。使用Ingenuity Pathway Analysis對這29個轉(zhuǎn)錄本進行了生物信息學(xué)分析，在細(xì)胞成分（圖2 B）和經(jīng)典路徑（圖2 C）中有富集。此外，利用STRING對蛋白進行互作分析，確定細(xì)胞外基質(zhì)、局灶粘附和細(xì)胞周期是這29個轉(zhuǎn)錄本代表的兩個頂級互作網(wǎng)絡(luò)（圖2 D）。隨后，提取了RNA測序數(shù)據(jù)中這兩個網(wǎng)絡(luò)所代表的單個轉(zhuǎn)錄本（圖2E和2F），并顯示與非應(yīng)答者相比，應(yīng)答者的轉(zhuǎn)錄本表達普遍增加。

圖2 | 左心室輔助裝置植入時應(yīng)答者與無應(yīng)答者的轉(zhuǎn)錄組譜

5.?通過磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析反應(yīng)者與非反應(yīng)者

在磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析中，比較了6個應(yīng)答者和23個無應(yīng)答者的心肌組織，鑒定到了93個差異磷酸化肽段，這些肽段映射到67個蛋白上，對蛋白進行功能富集發(fā)現(xiàn)顯著富集到粘附連接、黏著斑和各種心肌病等途徑（圖3 A-3 C）。為了進一步闡明這些磷酸化蛋白發(fā)揮作用的生物過程和途徑，使用CytoScape、ClueGo和CluePedia插件來進行KEGG及Reactome途徑分析，建立了一個明顯富集過程的網(wǎng)絡(luò)（圖3 D），其中包括肌肉收縮、收縮纖維、細(xì)胞凋亡和粘連結(jié)等。為了補充這一分析，還根據(jù)DAVID生物信息學(xué)資源將這67個蛋白質(zhì)聚類為5個最有代表性的基因本體注釋（凋亡、細(xì)胞周期、細(xì)胞骨架、粘附等信號；（圖3 E），并以熱圖的形式展示出了這些類別中每個磷酸肽的具體豐度變化（圖3 F-3 J）。

圖3 | 左心室輔助裝置植入時應(yīng)答者與無應(yīng)答者的磷酸化蛋白譜

6.?通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和磷蛋白組學(xué)鑒定的共同途徑

然后，作者試圖將本研究中使用的兩個組學(xué)平臺的信息結(jié)合起來，對供體與應(yīng)答者、供體與無應(yīng)答者、應(yīng)答者與無應(yīng)答者的RNA轉(zhuǎn)錄組測序和磷蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析。在對供體應(yīng)答者與無應(yīng)答者比較時，sirtuin信號是兩個組學(xué)數(shù)據(jù)集中唯一富集的通路。此外，粘附連接、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞周期是兩個組學(xué)數(shù)據(jù)都富集到的條目，可用于區(qū)分應(yīng)答者與無應(yīng)答者（當(dāng)比較應(yīng)答者與無應(yīng)答者或那些單獨與非失敗捐贈者比較時）。這些結(jié)果與數(shù)據(jù)集的單獨分析是一致的，這些分析顯示參與細(xì)胞周期或細(xì)胞外基質(zhì)的轉(zhuǎn)錄物在應(yīng)答者中普遍上調(diào)（圖3 E-3 F），并在這些相同的途徑中出現(xiàn)不同的磷酸化（圖3 E-3 J）。圖4 A和4 B展示了單個磷酸化蛋白或轉(zhuǎn)錄本映射到這2個關(guān)鍵途徑（細(xì)胞周期、細(xì)胞外基質(zhì)/局灶粘附）。

圖4 | 響應(yīng)者和非響應(yīng)者患者的2個關(guān)鍵途徑

研究結(jié)論

本研究通過磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組測序等技術(shù)，對LVAD植入的心衰患者和非衰竭供體心臟患者的心臟組織進行了比較分析，擴大了對區(qū)分正常和衰竭心肌組織的分子基礎(chǔ)的理解，并突出了在疾病期間被錯誤調(diào)節(jié)的關(guān)鍵途徑，以及那些可能使機械循環(huán)支持和心室卸載后功能恢復(fù)的途徑。這些發(fā)現(xiàn)可能有助于指導(dǎo)未來的臨床策略，使晚期HF患者優(yōu)先考慮心臟移植與LVAD治療。此外，對確定新的HF治療目標(biāo)也有轉(zhuǎn)化研究的意義。

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本文研究是第一個通過整合磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)來表征非衰竭和衰竭的人類心臟變化的研究，以確定能夠定義心肌恢復(fù)患者的分子指標(biāo)。這些發(fā)現(xiàn)可能指導(dǎo)患者選擇先進的HF治療方法，為新的治療方法提供參考。

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